蘇州軌道交通1號線風(fēng)亭噪聲特性分析

施 毅 李 雙 劉秀娟 邢倩荷

（1.北京交通大學(xué)土木建筑學(xué)院 北京 100044；2.蘇州大學(xué)城市軌道交通學(xué)院 蘇州 215131；3.上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200240；4.蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司 蘇州 215004）

蘇州軌道交通1號線風(fēng)亭噪聲特性分析

施 毅1，4李 雙2劉秀娟3邢倩荷2

（1.北京交通大學(xué)土木建筑學(xué)院 北京 100044；2.蘇州大學(xué)城市軌道交通學(xué)院 蘇州 215131；3.上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200240；4.蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司 蘇州 215004）

選取蘇州軌道交通1號線的東環(huán)路站活塞風(fēng)亭和塔園路站排風(fēng)亭進(jìn)行多種工況下的噪聲測試和特性分析。結(jié)果表明：對于活塞風(fēng)亭，隧道風(fēng)機(jī)是主要噪聲源，噪聲在63～6 300 Hz范圍能量都很高，風(fēng)井消聲器發(fā)揮顯著作用，消聲量約為25 dB；對于排風(fēng)亭，排風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲主要集中在315～1 250 Hz的中低頻范圍，排風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時噪聲在200～4 000 Hz較大，消聲器發(fā)揮了很好作用，降噪量約為21 dB。兩種風(fēng)亭附近的敏感居民樓均達(dá)到環(huán)境噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)。

城市軌道交通；風(fēng)亭噪聲；消聲器；噪聲測試

蘇州軌道交通1號線是中國大陸第一條非副省級地級市內(nèi)的軌道交通線路，是蘇州東西方向的主干線路，一期工程全長25.739 km，共設(shè)24站，全部為地下車站［1］。對地下軌道交通而言，設(shè)置地面風(fēng)亭是一件十分困難的事情，地面風(fēng)亭是主要環(huán)境噪聲源。

現(xiàn)有文獻(xiàn)中對城市軌道交通的高架線噪聲測試和研究較多，但是對風(fēng)亭噪聲的測試很少。在極其有限的風(fēng)亭噪聲測試中，僅給出了某些測點(diǎn)的總聲壓級［2-6］，缺乏對噪聲特性和傳播規(guī)律的研究，導(dǎo)致對風(fēng)亭的噪聲控制缺乏依據(jù)，降噪設(shè)計(jì)存在盲目性。為了深入了解風(fēng)亭噪聲特性和消聲器的降噪效果，筆者對蘇州1號線東環(huán)路和塔園路的風(fēng)亭噪聲進(jìn)行測試和分析，旨在為國內(nèi)外軌道交通的風(fēng)亭降噪工作提供參考。

1 東環(huán)路站活塞風(fēng)亭噪聲測試及分析

對東環(huán)路站活塞風(fēng)亭處的背景噪聲、列車進(jìn)站時及隧道風(fēng)機(jī)運(yùn)行時的噪聲分別進(jìn)行60、22.5、60 s的采樣。噪聲敏感建筑物在水平方向上距離風(fēng)亭最近外緣約10 m，測量時在活塞風(fēng)亭出口處和該處消聲器上游各布置4個測點(diǎn)，測點(diǎn)在水平方向的分布如圖1所示，其中，消聲器上游測點(diǎn)距風(fēng)井中心0.5 m。風(fēng)井縱截面及測點(diǎn)在垂直方向的分布如圖2所示?；钊L(fēng)井內(nèi)消聲掛片厚25cm，片間通道寬28cm，消聲掛片長度為3 m。

圖1 東環(huán)路站活塞風(fēng)亭處測點(diǎn)在水平方向的分布

圖2 東環(huán)路站活塞風(fēng)井縱截面及測點(diǎn)在垂直方向的分布

1.1 噪聲頻譜分析

根據(jù)各測點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)，計(jì)算得到3種工況下消聲器兩端平均聲壓級1/3倍頻程譜分別如圖3所示。

圖3 消聲器兩端平均聲壓級

由圖3（a）看出，在20～2 000 Hz，風(fēng)亭出口處的平均聲壓級都低于55 dB。當(dāng)頻率低于250 Hz或高于800 Hz時，消聲器上游的平均聲壓級低于風(fēng)亭出口處，說明在此頻段風(fēng)亭周圍的背景噪聲對活塞風(fēng)亭出口處的噪聲貢獻(xiàn)較大。在250～800 Hz，消聲器上游的平均聲壓級高于風(fēng)亭出口處，此時風(fēng)道對風(fēng)亭出口處的噪聲貢獻(xiàn)較大，消聲器只對250～800 Hz范圍內(nèi)噪聲有消聲效果，消聲器傳聲損失在1.4～3.1 dB。

由圖3（b）看出，在20～2 000 Hz，風(fēng)亭出口處的平均聲壓級都低于55 dB。在12.5～630 Hz，消聲器上游的平均聲壓級基本都高于活塞風(fēng)亭出口處，即列車進(jìn)站時產(chǎn)生的噪聲主要集中在12.5～630 Hz內(nèi)，此時消聲器有一定的傳聲損失，但消聲效果不明顯，傳聲損失在1.4～6.8 dB之間。當(dāng)頻率高于630 Hz時，活塞風(fēng)亭出口處的平均聲壓級遠(yuǎn)高于消聲器上游，說明此時活塞風(fēng)亭周圍的背景噪聲起主要作用。

由圖3（c）看出，在25～6 300 Hz，風(fēng)亭出口處的平均聲壓級基本都低于55 dB。當(dāng)頻率高于100 Hz時，消聲器上游的平均聲壓級遠(yuǎn)大于活塞風(fēng)亭出口處，即隧道風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲在100～6 300 Hz能量都很高，此時消聲器傳聲損失在5.2～33 dB之間，消聲效果顯著。

1.2 等效連續(xù)A聲級分析

表1 3種工況下各測點(diǎn)等效連續(xù)A聲級dB

表2 3種工況下消聲器兩端平均聲壓級dB

由表2看出，在背景噪聲情況下和列車進(jìn)站時風(fēng)亭出口端的平均聲壓級都高于消聲器上游，說明此時風(fēng)亭周圍的背景噪聲對風(fēng)亭出口的噪聲貢獻(xiàn)很大。隧道風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，消聲器的傳聲損失為24.9 dB。

由于東環(huán)路站活塞風(fēng)亭位于交通主干道一側(cè)，離風(fēng)亭最近的居民樓又屬于商業(yè)居民混合區(qū)，該居民樓處應(yīng)按4a類功能區(qū)執(zhí)行晝間低于70 dB，夜間低于55 dB的噪聲標(biāo)準(zhǔn)［7］。根據(jù)聲環(huán)境影響評價中，聲源中心到預(yù)測點(diǎn)之間的距離超過聲源最大幾何尺寸2倍時，可將該聲源近似為點(diǎn)聲源［8］，對地下線路而言，風(fēng)亭可被看作是一種固定點(diǎn)聲源，其衰減公式為：L=L0-20lg （r/r0）-Δ L，其中L、L0分別為距離聲源r、r0處的聲級值，Δ L為附加衰減值，包括屏障衰減、空氣吸收、地面效應(yīng)衰減等。此處忽略空氣吸收和地面效應(yīng)衰減，保守估算出離活塞風(fēng)亭最近的居民樓處聲壓級值，即水平方向離活塞風(fēng)井中心12.2 m處的聲壓級，為32.5 dB，故該居民樓處環(huán)境噪聲達(dá)標(biāo)。

2 塔園路站排風(fēng)亭噪聲測試及分析

對塔園路站排風(fēng)機(jī)運(yùn)行引起的風(fēng)亭噪聲進(jìn)行測試和分析。該排風(fēng)亭與周圍的敏感建筑的距離如圖4所示。由于排風(fēng)亭鄰近鄧蔚路和塔園路十字交叉路口，背景噪聲太大，在排風(fēng)亭周圍沒有布置測點(diǎn)，只在排風(fēng)亭下風(fēng)道內(nèi)對臨近排風(fēng)機(jī)一端的消聲器進(jìn)行了測試，被測消聲器位置及測點(diǎn)分布如圖5所示。此消聲器為金屬外殼片式消聲器，消聲片厚度為20cm，片間通道為25cm，消聲片長度為2.5 m。

圖4 塔園路站排風(fēng)亭與周圍的敏感建筑

圖5 塔園路站測點(diǎn)位置示意

排風(fēng)機(jī)分變頻和工頻兩種工況運(yùn)行。在通常情況下只要列車開始運(yùn)行，排風(fēng)機(jī)就按變頻（約20 Hz）運(yùn)行，只在出現(xiàn)緊急情況（如火災(zāi)）時按工頻（50 Hz）運(yùn)行。在兩種工況下，對消聲器聲源端和出口端的聲壓進(jìn)行采集，采集時間為30 s。消聲器兩端1/3倍頻程譜如圖6所示。

圖6 排風(fēng)機(jī)運(yùn)行時消聲器兩端聲壓

由圖6（a）可以看出，排風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時，產(chǎn)生的高于70 dB的噪聲主要集中在315～1 250 Hz的中低頻段。當(dāng)頻率低于315 Hz時，距離柵格1.5 m處的等效連續(xù)A聲級略低于距離柵格1 m處，而當(dāng)頻率高于315 Hz時，兩個距離處測得的值基本相同；在消聲器出口端315～2 500 Hz的頻率范圍內(nèi)等效連續(xù)A聲級高于55 dB，峰值頻率為800 Hz，對應(yīng)的A聲級為66 dB。消聲器傳聲損失在4.3～17.8 dB之間，對160～1 250 Hz范圍內(nèi)的噪聲消聲效果更好。

由圖6（b）看出，排風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時，消聲器出口端在125～5 000 Hz的寬頻帶范圍內(nèi)的等效連續(xù)A聲級高于55 dB；峰值頻率為630 Hz和2 500 Hz，對應(yīng)的A聲級分別為76.2 dB和78.5 dB。消聲器的傳聲損失在8.7～24.1 dB之間，它對頻率高于250 Hz的噪聲消聲效果更為顯著。

排風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時各測點(diǎn)30 s內(nèi)的等效連續(xù)A聲級分別為：距離柵格1 m處82.8 dB、距離柵格1.5 m處82 dB、消聲器出口端73.1 dB，由此得到消聲器的傳聲損失為8.9～9.7 dB。

塔園路站排風(fēng)亭鄰近的居民樓處也應(yīng)執(zhí)行晝間低于70 dB，夜間低于55 dB的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。不考慮噪聲在風(fēng)井內(nèi)的衰減，以排風(fēng)道內(nèi)消聲器出口端測點(diǎn)2的聲壓級作為排風(fēng)亭正面的源強(qiáng)，采用與東環(huán)路站活塞風(fēng)亭處相同的方法，估算出距離排風(fēng)亭10 m處的聲壓級為53.1 dB，故與排風(fēng)亭鄰近的居民樓處能夠達(dá)到環(huán)境噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)。

排風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時，消聲器聲源端和出口端測點(diǎn)30 s內(nèi)的等效連續(xù)A聲級分別為105.6 dB和84.8 dB，由此得到消聲器的傳聲損失為20.8 dB。測試時消聲器出口端側(cè)上方受一管狀聲源的影響，變頻工況下消聲器出口端測點(diǎn)的聲壓級較低，受此聲源干擾較大，故宜用工頻時的測試和計(jì)算結(jié)果來衡量消聲器的傳聲損失。

3 結(jié)論

1）活塞風(fēng)亭的主要噪聲源是隧道風(fēng)機(jī)，其遠(yuǎn)高于列車進(jìn)站噪聲。隧道風(fēng)機(jī)噪聲呈現(xiàn)出寬頻帶特性，在消聲器上游63～6 300 Hz頻率范圍內(nèi)的能量都很高，經(jīng)活塞風(fēng)井處消聲器的消聲，在活塞風(fēng)亭出口處的平均聲壓級（在25～6 300 Hz范圍內(nèi)）都低于55 dB，風(fēng)井內(nèi)的消聲器發(fā)揮了很好的作用。活塞風(fēng)亭附近的噪聲敏感居民樓均達(dá)到環(huán)境噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)。

2）排風(fēng)亭的排風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時，消聲器出口端的噪聲中、低頻聲壓級比較突出，且呈現(xiàn)出豐富的寬頻特性，噪聲主要集中在315～2 500 Hz，峰值頻率為800 Hz，峰值頻率噪聲對排風(fēng)亭噪聲的貢獻(xiàn)很大，此時排風(fēng)亭附近的噪聲敏感居民樓達(dá)到環(huán)境噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)。排風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時，噪聲主要集中在200～4 000 Hz，消聲器出口端噪聲在125～5 000 Hz寬帶范圍內(nèi)的能量很高，峰值頻率為630 Hz和2 500 Hz，消聲器發(fā)揮了很好的作用，降噪量約為21 dB。

［1］侯晉，李雙，袁國清，等.蘇州軌道交通1號線地面振動測試與分析［J］.環(huán)境污染與防治，2014，36（10）：6870.

［2］谷愛軍，張宏亮，李文會，等.城市軌道交通高架線噪聲控制問題分析［J］.都市快軌交通，2013，26（4）：69.

［3］韓云，趙蕾，朱常琳.關(guān)于西安地鐵風(fēng)亭建設(shè)和后期管理的幾點(diǎn)建議［J］.城市軌道交通研究，2010，13（4）：1821.

［4］蔡博達(dá)，吳疆.廣州地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)噪聲分析［J］.廣州建材，2008（4）：156158.

［5］劉昶.城市軌道交通活塞風(fēng)亭噪聲控制［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（2）：3234.

［6］張潤，李振格.某開通運(yùn)行地鐵站風(fēng)亭噪聲超標(biāo)治理方案［J］.噪聲與振動控制，2012（S1）：319321.

［7］GB3096—2008聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

［8］?HJ2.4—2009環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則：聲環(huán)境［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2010.

（編輯：郝京紅）

Analysis of Ventilation Pavilion NoiseCharacteristicsin Suzhou Rail Transit Line On

ShiY1，4Li Shuang2Li Shuang3Xing Qianhe2
（1.School of Civil Engineering， Beijing Jiaotong University， Beijing 100044; 2.School of Urban RailTransportation，Soochow University，Suzhou， Jiangsu 215131; 3.State Key Laboratory of Mechanical SystemandVibration，Shanghai Jiaotong University， Shanghai200240; 4.Suzhou Rail Transit Group Ltd.，Suzhou，Jiangsu 215004）

Noise testing and characteristics analysis of Donghuan Road piston ventilation pavilion and Tayuan Road exhaust ventilation pavilion in Suzhou Rail Transit Line 1 are carried out.The results show that the tunnel fan is the main noise source of the piston ventilation pavilion and noise energy is high in the range of 63～6300 Hz.The air shaft muffler plays a significant role and the noise reduction is about 25 dB.To exhaust ventilation pavilion,noise energy is mainly in the range of 315～1250 Hz under fan variable frequency condition and in the 200～4 000 Hz range under fan normal frequency condition and the muffle also works well and the noise reduction is about 21 dB.The noise level of sensitive residential buildings near these two ventilation pavilions has both reached the standard of environmental noise evaluation.

urban rail transit；ventilation pavilion noise；muffler；noise test

U 231

A

16726073（2015）06002604

10.3969/j.issnn.16726073.2015.06.006

2015-05-06

2015-08-07

施毅，男，博士，高級工程師，從事城市軌道交通設(shè)計(jì)管理工作，syzy2001@126.com

李雙（通信作者），男，博士，副教授，從事噪聲與振動控制研究，lishuang@suda.edu.cn

江蘇省教育廳資助高校優(yōu)秀中青年教師和校長境外研修計(jì)劃（2014-02-06）